课程设计篮球竞赛30s计时器.docx

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课程设计篮球竞赛30s计时器

目录

目录1

一、实验目的2

二、实验任务2

三、实验设备器材2

四、总体框图设计2

4.1功能结构示意图2

4.2总体电路图3

五、功能模块设计和原理说明3

5.1秒脉冲发生器3

5.2输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算4

5.3计数器——完成30秒计时的功能5

5.3.18253芯片引脚5

5.3.28253的控制字6

5.3.38255的连接6

5.3.48255工作方式6

5.4单元译码显示电路8

5.4.174LS48接线图8

5.4.274ls48引脚图9

5.4.374ls48引脚功能表—七段译码驱动器功能表9

5.5控制电路10

5.5.1报警电路11

六．程序代码11

七、给定条件及器件11

八、总结11

七.参考文献12

一、实验目的

篮球比赛是体育比赛中最常见的项目之一。

本实验通过对30秒违例监控系统的设计实验，使学生能够：

1．掌握定时性监控系统的一般设计思路与方法。

2．进一步掌握综合应用定时器、并行接口与数码管显示器来完成某一给定任务的方法。

二、实验任务

设计并实现30秒违例的监控与报警显示系统。

要求设置两个按钮：

启动和清除按钮，当参赛一方控球后，按下启动按钮，显示器从0开始显示秒累加计数值，若计到30秒尚未投篮，则红色报警灯点亮并发出报警响铃，然后由清除按钮清除报警信号和秒计数值。

若在30秒内篮球投出，可以用清除按钮清除时间信号，并等待下一次的启动信号。

三、实验设备器材

1．80X86系列微机一台。

2．微机硬件实验平台。

3．定时器及并行接口芯片。

4．BCD码七段译码、驱动器芯片两片。

5．数码管显示器两个、按键两个、红色发光二极管一个及报警器一个。

6．基本TTL电路芯片若干。

四、总体框图设计

4.1功能结构示意图

4.2总体电路图

五、功能模块设计和原理说明

关于实验的软件设计，首先需要进行初始化设置。

当系统启动按钮被按下（即有IRQ3中断请求）时，定时器开始计数。

可以设计定时器每1／100秒产生一次中断，则在该中断服务程序中将1／100秒寄存器中的数值加1，当寄存器计满100时，将1/100秒寄存器清0，秒个位寄存器加1，并将秒数据经并行口送数码管显示（在初始化时已将数码管清0）。

当计时每增加1秒时，数码管的秒显示也增加1。

若此时有清除按钮被按下（即有IRQ4中断请求）时，则在该中断服务程序中将计时的所有寄存器清0，并将数码管数据清0。

当计时寄存器计满30秒时，则从并行口送出信号使得红色的发光二极管点亮并使音响报警器响铃；当有清除按钮被按下时，发清除报警信号，停止响铃和使发光二极管熄灭。

可见，本实验系统的软件主要由一个主程序模块和三个中断服务程序模块构成。

30秒定时器的总体参考方案框图所示。

它包括秒脉冲发生器、计数器、译码器、显示电路、报警电路和辅助时序控制电路（简称控制电路）等五个部分。

5.1秒脉冲发生器

产生的信号是电路的时序脉冲和定时标准，但本设计对此信号的要求并不是太高，电路可以采用555集成电路构成。

用555集成电路组成多谐振荡电路为系统提供时钟：

555定时器应用为多谐振荡电路时，当电源接通Vcc通过电阻R1.R2向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3Vcc，会使比较器C1输出翻转，输出电压为零，同时放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降到1/3Vcc，比较器C2工作输出电压变为高电平，C放电终止，Vcc通过R1。

R2又开始充电；周而复始，形成振荡。

则其振荡周期与充放电时间有关，也就是与外接元件有关，不受电源电压变化影响。

5.2输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算

tw1：

uC（0）=VCC/3V、uC（∞）=VCC、t1=（Ra+Rb）C、

当t=tw1时，uC（tw1）=2VCC/3代入三要素方程。

于是可解出

tw1=0.7（Ra+Rb）C

tw2：

uC（0）=2VCC/3V、uC（∞）=0V、t1=RBC、

当t=tw2时，uC（tw2）=VCC/3代入公式。

于是可解出

tw2=0.7RbC

振荡周期T=tw1+tw2=0.7（Ra+2Rb）C=1（s）

5.3计数器——完成30秒计时的功能

该部分电路可以以定时器／计数器芯片（如8253／8254）为主来完成。

当本系统的启动键被按下时，计时电路开始秒计时。

若计时时间在30秒内有清除按键被按下时就将时间清0；若计时时间到30秒，则系统发出报警信号，使红色发光二极管点亮，并使报警器响铃。

5.3.18253芯片引脚

8253芯片是具有24个引脚的双列直插式集成电路芯片，其引脚分布如图8－2所示。

8253芯片的24个引脚分为两组，一组面向CPU，另一组面向外部设备，各个引脚及其所传送信号的情况，介绍如下：

1．D7~D0：

双向、三态数据线引脚，与系统的数据线连接，传送控制、数据及状态信息。

2．

：

来自于CPU的读控制信号输入引脚，低电平有效。

3．

：

来自于CPU的写控制信号输入引脚，低电平有效。

4．

：

芯片选择信号输入引脚，低电平有效。

5．A1、A0：

地址信号输入引脚，用以选择8253芯片的通道及控制字寄存器。

、

的状态与8253端口地址的对应关系如下表所示。

A1

A0

0

0

0＃通道

0

1

1＃通道

1

0

2＃通道

1

1

控制端口

6．VCC及GND：

+5V电源及接地引脚

7．CLKi：

i=0,1,2,第i个通道的计数脉冲输入引脚，8253规定，加在CLK引脚的输入时钟信号的频率不得高于2.6MHZ，即时钟周期不能小于380ns。

8．GATEi：

i=0,1,2,第i个通道的门控信号输入引脚，门控信号的作用与通道的工作方式有关。

9．OUTi：

i=0,1,2,第i个通道的定时/计数到信号输出引脚，输出信号的形式由通道的工作方式确定，此输出信号可用于触发其它电路工作，或作为向CPU发出的中断请求信号。

5.3.28253的控制字

8253有一个8位的控制字寄存器，其格式如下：

5.3.38255的连接

5.3.48255工作方式

方式0—计数结束产生中断

方式0的波形如图8-5所示，当控制字写入控制字寄存器后，输出OUT就变低，当计数值写入计数器后开始计数，在整个计数过程中，OUT保持为低，当计数到0后，OUT变高；GATE的高低电平控制计数过程是否进行。

图8-5方式0波形

从波形图中不难看出，工作方式0有如下特点：

计数器只计一遍，当计数到0时，不重新开始计数保持为高，直到输入一新的计数值，OUT才变低，开始新的计数；

计数值是在写计数值命令后经过一个输入脉冲，才装入计数器的，下一个脉冲开始计数，因此，如果设置计数器初值为N，则输出OUT在N＋1个脉冲后才能变高；

在计数过程中，可由GATE信号控制暂停。

当GATE＝0时，暂停计数；当GATE＝1时，继续计数；

在计数过程中可以改变计数值，且这种改变是立即有效的，分成两种情况：

若是8位计数，则写入新值后的下一个脉冲按新值计数；若是16位计数，则在写入第一个字节后，停止计数，写入第二个字节后的下一个脉冲按新值计数。

计时30秒用此工作方式，当计时到0时，GATE连接到报警信号启动，直至重新计数开始。

方式2—速率发生器

方式2的波形如图8-7所示，在这种方式下，CPU输出控制字后，输出OUT就变高，写入计数值后的下一个CLK脉冲开始计数，计数到1后，输出OUT变低，经过一个CLK以后，OUT恢复为高，计数器重新开始计数，…，因此在这种方式下，只需写入一次计数值，就能连续工作，输出连续相同间隔的负脉冲（前提：

GATE保持为高），即周期性地输出，方式2下，8253有下列使用特点：

①通道可以连续工作；

②GATE可以控制计数过程，当GATE为低时暂停计数，恢复为高后重新从初值；（注意：

该方式与方式0不同，方式0是继续计数）

③重新设置新的计数值即在计数过程中改变计数值，则新的计数值是下次有效的，同方式1。

图8-7方式2波形

1/100秒计数器用此工作方式，只需一次初始化，既能连续工作，直至清0到来。

5.4单元译码显示电路

用74LS48和共阴极七段LED显示器组成，如下图。

74LS48输入信号为BCD码，输出端为a、b、c、d、e、f、g共7线，另有3条控制线。

端为测试端。

在端接高电平的条件下，当=0时，无论输入端A、B、C、D为何值，a～g输出全为高电平，使7段显示器件显示“8”字型，此功能用于测试器件。

端为灭零输入端。

在=1条件下，当输入A、B、C、D=0000时，输出a～g全为低电平，可使共阴LED显示器熄灭。

但当输入A、B、C、D不全为零时，仍能正常译码输出，使显示器正常显示。

端为消隐输入端。

该输入端具有最高级别的控制权，当该端为低电平时，不管其他输入端为何值，输出端a～g均为低电平，这可使共阴显示器熄灭。

另外，该端还有第二功能——灭零信号输出端，记为。

当该位输入的A、B、C、D=0000且时，此时输出低电平；若该位输入的A、B、C、D不等于零，则输出高电平。

若将与配合使用，很容易实现多位数码显示时的灭零控制。

例如对整数部分，将最高位的接地，这样当最高位为零时“灭零”，同时该位输出低电平，使下一位的为低电平，故也具有“灭零”功能；而对于小数部分,应将最低位的接地，个位的端悬空或接高电平，低位的接至高位的。

74LS48可直接驱动共阴极LED数码管而不需外接限流电阻。

此处要是保持数码管不黑屏就将BI/RB0，RBI置1就可以了，LT是检查数码管的好坏的，如果不需要的话直接接高电平。

其他端口按照abcdefg的对应关系连接好以保证显示正确，确保接地成功。

5.4.174LS48接线图

5.4.274ls48引脚图

5.4.374ls48引脚功能表—七段译码驱动器功能表

十进数

或功能

输入

BI/RBO

输出

备注

LT

RBI

DCBA

a

b

c

d

e

f

g

0

H

H

0000

H

1

1

1

1

1

1

0

1

1

H

x

0001

H

0

1

1

0

0

0

0

2

H

x

0010

H

1

1

0

1

1

0

1

3

H

x

0011

H

1

1

1

1

0

0

1

4

H

x

0100

H

0

1

1

0

0

1

1

5

H

x

0101

H

1

0

1

1

0

1

1

6

H

x

0110

H

0

0

1

1

1

1

1

7

H

x

0111

H

1

1

1

0

0

0

0

8

H

x

1000

H

1

1

1

1

1

1

1

9

H

x

1001

H

1

1

1

0

0

1

1

10

H

x

1010

H

0

0

0

1

1

0

1

11

H

x

1011

H

0

0

1

1

0

0

1

12

H

x

1100

H

0

1

0

0

0

1

1

13

H

x

1101

H

1

0

0

1

0

1

1

14

H

x

1110

H

0

0

0

1

1

1

1

15

H

x

1111

H

0

0

0

0

0

0

0

BI

x

x

xxxx

L

0

0

0

0

0

0

0

2

RBI

H

L

0000

L

0

0

0

0

0

0

0

3

LT

L

x

xxxx

H

1

1

1

1

1

1

1

4

5.5控制电路

完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/继续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。

此控制电路可以完成以下四项功能：

1、操作“清零”开关，要求计数器清零，

2、闭合“启动”开关，计数器应完成置数功能，显示器显示00，断开“启动”开关，计数器开始进行计数。

3、当“暂停/连续”开关处于“暂停”是，计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处于“连续”开关，计数器继续累计计数

4、当计数器递减计数到零时，控制电路应发出报警信号，计数器保持零状态不变，同时报警电路工作。

同时应注意的是如图可以知道两个与非门构成的基本RS出发器，构成防止产生机械开关的毛刺现象，并控制输入信号的输入从而达到，占停计时和继续计时。

5.5.1报警电路

可以用发光二极管组成。

当芯片2输出为低电平时发光二极管工作，发出报警。

六．程序代码

七、给定条件及器件

1．80X86系列微机一台。

2．微机硬件实验平台。

3．定时器及并行接口芯片。

4．BCD码七段译码、驱动器芯片两片。

5．数码管显示器两个、按键两个、红色发光二极管一个及报警器一个。

6．基本TTL电路芯片若干。

八、总结

在这次设计中，运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程，我们通过亲自动手，学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，将课本上的知识与实际生活中的应用结合起来，运用平时积累的课程设计经验，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，首先选择这次课程设计的课题，分析电路设计的任务和要求，我们队选择了篮球30秒定时电路，然后就开始着手查阅资料，根据选择的课题的方向，我们分工去查找资料，然后汇总，最后得出了这份课程设计，同时在实践当中，我认识到书本上的知识是多么的薄弱，基础不扎实，导致实际动手去完成一个任务的时候遇到很多的困难，以后我会更加注重课本上的知识学习，然后和实际操作互相联系起来。

七.参考文献

1、康华光《电子技术基础（数字部分）》.高等教育出版社.北京2000年

2、余孟尝《数字电子技术基础简明教程（第二版）》，高等教育出版社，北京1999年

3、陈大钦《电子技术基础实验》，华中理工大学电子教研室，高等教育出版社，北京2000年

4、唐颖、马杰、王海云《数字电路》，重庆大学出版社，重庆2004年

5、毕满清《电子技术实验与课程设计（第三版）》，机械工业出版社，北京2006年